Solární panel | Definice a fakta

Solární články

Hlavní součástí solárního panelu je solární článek, který přeměňuje energii Slunce na využitelnou elektrickou energii. Nejběžnější formou solárních panelů jsou solární články krystalického křemíkového typu. Tyto solární články jsou tvořeny pomocí vrstev elementárního křemíku a prvků, jako je fosfor a bor. Prvky přidané do křemíkových vrstev tvoří an n-vrstva typu, která má přebytek elektronů, a a p-vrstva typu, která má deficit elektronů. Tyto dvě vrstvy tvoří a p–n spojení.

Když světlo dopadá na solární článek, elektrony jsou excitovány ze základního stavu s nižší energií, ve kterém jsou vázány na konkrétní atomy v pevné látce, do vyššího excitovaného stavu, ve kterém se mohou pohybovat pevnou látkou. V nepřítomnosti vrstev tvořících spojení jsou tyto volné elektrony v náhodném pohybu, a tak nemůže existovat žádný orientovaný stejnosměrný proud. Přidání vrstev tvořících spoj však indukuje vestavěné elektrické pole, které vytváří fotovoltaický efekt. Ve skutečnosti elektrické pole dává kolektivní pohyb elektronům, které proudí kolem vrstev elektrického kontaktu do vnějšího obvodu, kde mohou vykonávat užitečnou práci.

Design

Většina solárních článků má plochu několik centimetrů čtverečních a před okolním prostředím je chrání tenký povlak ze skla nebo průhledného plastu. Protože typický solární článek o rozměrech 10 × 10 cm (4 × 4 palce) generuje pouze asi dva watty elektrické energie (15 až 20 procent energie světla dopadajícího na jejich povrch), jsou články obvykle kombinovány v sérii pro zvýšení napětí nebo paralelně pro zvýšení proudu. Solární nebo fotovoltaický modul se obecně skládá z 36 vzájemně propojených článků laminovaných na sklo v hliníkovém rámu. Na druhé straně může být jeden nebo více těchto modulů spojeno a rámováno dohromady, aby vytvořily solární panel.

Solární panely jsou o něco méně účinné při přeměně energie na plochu než jednotlivé články kvůli nevyhnutelným neaktivním oblastem v sestavě a rozdílům ve výkonu mezi články. Zadní strana každého solárního panelu je vybavena standardizovanými zásuvkami, takže jeho výkon lze kombinovat s jinými solárními panely a vytvořit tak solární pole. Kompletní fotovoltaický systém se může skládat z mnoha solárních panelů, energetického systému pro umístění různých elektrických zátěží, externího obvodu a akumulátorů. Fotovoltaické systémy lze obecně klasifikovat jako samostatné systémy nebo systémy připojené k síti.

Samostatné systémy obsahují solární pole a sadu baterií přímo připojených k aplikaci nebo zátěžovému obvodu. Bateriový systém je nezbytný pro kompenzaci nepřítomnosti jakéhokoli elektrického výstupu z článků v noci nebo za zatažených podmínek; to výrazně zvyšuje celkové náklady. Každá baterie uchovává stejnosměrný proud (DC) elektřinu při pevném napětí určeném specifikací panelu, i když požadavky na zatížení se mohou lišit. Měniče stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud se používají k zajištění úrovní napětí požadovaných stejnosměrnými zátěžemi a střídače stejnosměrného proudu na střídavý proud dodávají energii zátěžím se střídavým proudem (AC). Samostatné systémy jsou ideální pro vzdálené instalace, kde je připojení k centrální elektrárně neúměrně drahé. Příklady zahrnují čerpání vody jako suroviny a poskytování elektrické energie majákům, telekomunikačním opakovacím stanicím a horským chatám.

Systémy připojené k síti integrují solární pole s veřejnými rozvodnými sítěmi dvěma způsoby. Jednosměrné systémy používají energetické společnosti k doplnění energetických sítí během polední špičky. Obousměrné systémy používají společnosti a jednotlivci k zásobování některých nebo všech svých energetických potřeb, přičemž jakákoli přebytečná energie je přiváděna zpět do veřejné rozvodné sítě. Hlavní výhodou systémů připojených k síti je, že nejsou potřeba žádné akumulátory. Odpovídající snížení investičních nákladů a nákladů na údržbu je však kompenzováno zvýšenou složitostí systému. K propojení nízkonapěťového stejnosměrného výstupu ze solárního pole s vysokonapěťovou střídavou elektrickou sítí jsou zapotřebí střídače a další ochranná zařízení. Kromě toho jsou struktury sazeb pro zpětné měření nezbytné, když obytné a průmyslové solární systémy dodávají energii zpět do rozvodné sítě.

Nejjednodušší umístění solárních panelů je na nakloněný nosný rám nebo stojan známý jako pevná montáž. Pro maximální účinnost by měl pevný držák směřovat na jih na severní polokouli nebo na sever na jižní polokouli a měl by mít úhel naklonění od horizontály asi o 15 stupňů menší než je místní zeměpisná šířka v létě a o 25 stupňů větší než místní zeměpisná šířka v zimě. Složitější nasazení zahrnuje motorem poháněné sledovací systémy, které neustále přeorientovávají panely tak, aby sledovaly denní a sezónní pohyby slunce. Takové systémy jsou opodstatněné pouze pro velkoobjemovou výrobu energie s použitím vysoce účinných koncentrátorových solárních článků s čočkami nebo parabolickými zrcadly, které mohou zesílit sluneční záření stokrát nebo více.

I když je sluneční světlo zdarma, při navrhování solárního systému je třeba vzít v úvahu náklady na materiál a dostupný prostor; méně účinné solární panely vyžadují více panelů, které zabírají více místa, aby se vyrobilo stejné množství elektřiny. Dalším faktorem při návrhu solárních panelů je schopnost vyrábět články ve formě „tenké fólie“ na různých substrátech, jako je sklo, keramika a plast, pro flexibilnější nasazení. Amorfní křemík je z tohoto pohledu velmi atraktivní. Zejména střešní tašky s amorfním silikonem a další fotovoltaické materiály byly zavedeny do architektonického designu a pro rekreační vozidla, lodě a automobily.

Solární články – Souhrn

• Solární článek přeměňuje sluneční energii na elektrickou energii.
• Většina solárních článků je vyrobena z krystalického křemíku a dalších prvků jako bor a fosfor.
• Fotovoltaický efekt vzniká, když světlo excitovuje elektrony, což vede k jejich pohybu a produkci elektrického proudu.
• Typické solární panely se skládají z 36 propojených solárních článků.
• Existují samostatné systémy (s bateriemi) a systémy připojené k síti (bez baterií).
• Účinnost solárních panelů závisí na jejich umístění, typu panelu a designu.
• Při návrhu je důležité zvážit náklady na materiály a prostor pro instalaci.
• Nové technologie umožňují vytváření flexibilních solárních článků vhodných pro různé aplikace, včetně architektury.